BUND Heidelberg
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Erneuerbare Energien in der Schule

(Ausführender Projektpartner: Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH)

Zum IFEU-Institut

Die ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH (IFEU) ist ein unabhängiges Forschungsinstitut, das vor 35 Jahren von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg gegründet wurde. Es beschäftigt etwa 50 Personen, davon 30 fest angestellte Wissenschaftler, und ist als gemeinnützige GmbH organisiert. Inhaltlich bearbeitet das IFEU Institut die Arbeitsschwerpunkte Energie, Abfall, Verkehr und Ökobilanzen.

Im Bereich der BNE sowie der schulischen Umweltbildung kann das IFEU seit mehr als 15 Jahren Erfahrungen bei der Beratung zu Prämiensystemen, der Begleitung von schulischen Klimaschutzprojekten, der Erstellung von Materialien und der Evaluation von Projekten der Schulträger sowie Schulen nachweisen. Mit den KlimaNet, das im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz und Verkehr Baden-Württemberg seit über 10 Jahren bearbeitet wird (www.klimanet.baden-wuerttemberg.de), unterstützt das IFEU Schulen mit allen wichtigen Informationen zum Thema Klimaschutz und Energieeinsparung.Im Rahmen des Projekts unterstützte das IFEU Projekte in Bildungseinrichtungen (wie KiTa und Schule) durch Beratungs- bzw. Schulungstermine mit den Themen Klimaschutz und Energieeinsparung, bei denen die Zielgruppe sowohl aus Lehrerinnen und Lehrern sowie Schülerinnen und Schülern bestand. Ziel der Schulung war die Förderung von Gestaltungskompetenz in den Bildungseinrichtungen. Langfristig sollen die Akteure befähigt werden, selbständig Entscheidungen über die Verwendung von Energie im Alltag treffen zu können. Dies wurde durch die Beschäftigung mit erneuerbaren Energien gefördert. Zwar ist die Beschäftigung mit erneuerbaren Energien im Bildungsplan in allen Schulformen bereits verankert. Häufig stehen den Schulen aber praktische Experimentiereinrichtungen und die aktuelle Information von Experten in diesem sich schnell entwickelnden Themenfeld nur eingeschränkt zur Verfügung.

So wurde ein Parcours zum Thema Experimentieren mit Erneuerbaren Energien erstellt und den teilnehmenden Projektschulen angeboten. Der Parcours steht auch weiterhin allen interessierten Schulen in Heidelberg zur Verfügung. Er enthält Stationen zu den Themen Solarwärme, Solarstrom, Wasserkraft und Windkraft. In einer Box werden die Experimente zu Stationen bereitgestellt. Im Folgenden werden die Inhalte näher vorgestellt.

Erfahrungen vor Ort

Der Parcours wurde den Schulen angeboten und die Durchführung mit den Lehrerinnen und Lehrern abgestimmt. Der erste Einsatz fand am 6. März in der Steinbachschule in der Klasse 4c statt. Dieser Termin benötigte eine besonders intensive Vorbereitung und damit langfristigen Vorlauf, da sich ein Vertreter des Medienzentrums Heidelbergs angekündigt hatte, der Filmaufnahmen für einen geplanten Übersichtsfilm zum Gesamtprojekt machen wollte. Hierfür sind Veröffentlichungsrechte und Einverständniserklärungen der Eltern einzuholen. Die Doppelstunde verlief höchst erfreulich, die Schülerinnen und Schüler finden das Thema erneuerbare Energien nicht nur interessant, sondern es macht ihnen auch Spaß. Gleichzeitig ist festzustellen, dass die Beschäftigung mit dem Thema die ersten Grundlagen legt, es sind also geringe Vorkenntnisse vorhanden.

Nach einem kurzen theoretischen Überblick („Wo kommt unsere Energie her?“; Warum ist Energie sparen sinnvoll?“; Was können wir selbst tun?“) ging es an die praktische Arbeit an vier Stationen (s.u.)

Anschließend wurden die Anleitungen und Experimente überarbeitet, um sie noch besser an das Niveau der Klassenstufe 4 anzupassen. Um sie auch in Klasse 5/6 einsetzen zu können, wurde erweiterte Aufgaben erarbeitet, sodass nun zwei Versionen in zwei unterschiedlich anspruchsvollen Niveaus vorhanden sind.

Den Heidelberger Schulen wurde der optimierte Parcours wieder angeboten. Es stellte sich heraus, dass nicht nur in den weiterführenden Schulen sondern auch in der Grundschule die Zeit zwischen Oster- und Pfingstferien sowie im Anschluss an die Pfingstferien mit eigenen Aktivitäten gut belegt ist. Die Schulen wünschten sich einen Einsatz in der vermutet sonnenreichen Zeit vor den Sommerferien. Dadurch kam es zu Verzögerungen im Projektablauf. Die Termine wurden aufgrund der großen Nachfrage von 4 auf 6 Vor-Ort-Termine aufgestockt.

Die Stationen

Solarwärme

Mit dem Solarofen kannst du die Kraft der Sonne nutzen. Die Solarstrahlung wird eingefangen, im Ofen in Wärmestrahlung umgewandelt und kann durch die Glasscheibe nicht wieder hinaus.

Gerade wenn nur eine geringe Erwärmung nötig ist, etwa die Erhöhung der Wassertemperatur in einem Schwimmbad um wenige Grad, ist das Prinzip einer solarthermischen (=Nutzung der Sonnenwärme) Anlage sehr einfach. Man kann es vergleichen mit einem Gartenschlauch, der in der Sonne liegt und in dem sich Wasser erwärmt. Somit sind solarthermische Anlagen für Schwimmbäder recht günstig, vor allem aber für zu Hause, wo das warme Wasser zum Duschen durch eine Solaranlage erwärmt wird. Im Unterschied zur Solarthermie wird mit einer Photovoltaikanlage, die recht ähnlich aussieht, Strom erzeugt (siehe Station 2).

Experiment

Füllt Wasser in die beiden Flaschen (geschwärzt und durchsichtig).

  1. Messt die Wassertemperatur mit dem Digital-Thermometer und schreibt diese in die Tabelle.
  2. Sucht einen sonnenbeschienenen Platz, an dem ihr den Solarofen aufstellt.
  3. Die beiden Flaschen werden in den Ofen gelegt und los geht es.
  4. Messt alle 10 Minuten die Temperatur in beiden Flaschen und tragt diese in die Tabelle ein.
  5. Nach Ende der Messreihe (z.B. 30 Minuten) tragt ihr die Werte in  das Diagramm ein.

Messprotokoll und Diagramm -- tragt und zeichnet die Werte ein

Zeit Temperatur (Flasche klar) Temperatur (Flasche schwarz)
0 Minuten (Start)    
10 Minuten    
20 Minuten    
30 Minuten    
40 Minuten    
50 Minuten    
60 Minuten    

  • Was könnt ihr beobachten?
  • Was ist passiert?
  • Erklärt die Ergebnisse.

Photovoltaik

Sonne enthält Energie, die wir Menschen vor allem in Form von Wärme erfahren. Die Technik der Photovoltaik macht es möglich, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Solarzellen bestehen aus Silizium, einem so genannten Halbleiter. Das Sonnenlicht bewegt nun Elektronen so, dass ein Strom fließen kann, ähnlich wie bei einer Batterie.

Aufgabe: stellt das Photovoltaikhaus in die Sonne.

  • Was passiert?
  • Wann dreht sich das Rädchen schnell, wann langsam?
  • Was passiert, wenn ein Teil der Solarzelle verschattet wird?
  • Was passiert, wenn ihr das Haus dreht?
  • Wer kann den Strom messen, der erzeugt wird.

Wasserkraft

Wasserräder wurden schon lange benutzt, um Maschinen anzutreiben. Ab 1830 begann man, Wasserräder durch leistungsstärkere Maschinen, die Turbinen, zu ersetzen. Diese konnten Wasser aus größeren Fallhöhen und verstärkt auch Flüsse als Energiequelle nutzen. Mit Entwicklung des Dynamos konnte diese Energie dann auch in Strom umgewandelt werden. Damit war das Zeitalter der Elektrizität eingeleitet. Die Aufgabe besteht darin, aus einem Teelicht und einem Holzspieß ein kleines Wasserrad zu basteln.

Wasserkraft in Heidelberg

Es gibt vier Wasserkraftwerke in Heidelberg. Das interessanteste ist die Wasserkraftanlage Karlstor. Das Besondere und zugleich Kuriose an diesem Bau ist, dass man ihn vom Land aus nicht sehen kann. Es handelt sich hierbei um das einzige Unterwasserkraftwerk im Neckar. Es ist vollständig überflutet und in der Flusssohle versenkt. Wer genau hinschaut, sieht den Strudel vom Wehrsteg aus.

Technische Daten

Mittlere Fallhöhe: 2,6 Meter
Turbinen: Zwei Rohrturbinen (Kaplan)
Durchfluss gesamt: 140 m³/s (Kubikmeter pro Sekunde) = 140.000 Liter pro Sekunde
Maximalleistung gesammt: 2,4 MW (Megawatt)
Erzeugte Strommenge: 11 Millionen (kWh/a) (Kilowattstunden pro Jahr)
CO2-Einsparung: 17.000 Tonnen pro Jahr
Kosten: Ca. 15 Millionen Euro

(Quelle: EnBW)

Schüleraufgabe

Ein Haushalt verbraucht durchschnittlich 3.500 Kilowattstunden Strom pro Jahr. Wie viele Haushalte kann das Wasserkraftwerk Karlstor mit Strom versorgen?

 

Windkraft

Wind ist bewegte Luft. Doch was bewegt die Luft? Die Sonneneinstrahlung erwärmt die Erdoberfläche und die darüber liegenden Luftmassen. Über stark erwärmten Regionen steigt die Luft auf und es entstehen Tiefdruckgebiete, während Hochdruckgebiete sich in kühleren Regionen bilden. Die Luft strömt von Hoch- zu Tiefdruckgebieten: Es entsteht Wind. Windkraft ist also auch Sonnenenergie.

Aufgabe: Baut das Windrad zusammen. Was passiert, wenn der Rotor sich dreht?

Wer kann diese Begriffe am Modell zuordnen?

  • Rotor
  • Turm
  • Gondel
  • Nabe
  • Getriebe
  • Generator

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